以太坊權益證明機制的改進方向

以太坊已經成功過渡到權益證明機制近兩年,但仍有一些重要領域需要改進。本文將探討權益證明的技術設計中還可以改進的方面,以及實現這些改進的可能途徑。

單槽最終性和質押民主化

目前以太坊需要15分鍾才能完成一個區塊,並且需要32 ETH才能成爲質押者。我們希望能夠在兩個方面改善現狀:

• 在一個時隙內完成區塊終結(理想情況下保持甚至減少當前12秒的長度)
• 允許驗證者用1 ETH進行質押(從32 ETH降至1 ETH)

實現這些目標面臨的挑戰是:更快的確定性和更民主化的質押與最小化運行節點開銷的目標相衝突。爲此,有幾種可能的解決方案:

1. 暴力破解:開發更好的籤名聚合協議,可能使用ZK-SNARKs。

2. Orbit委員會:隨機選擇中型委員會負責最終確定鏈,同時保留攻擊成本屬性。

3. 兩層質押:將質押者分爲存款要求較高和較低的兩類,只有存款要求較高的層級直接參與提供經濟最終性。

4. 維持現狀

這些方案各有優缺點,可以單獨採用或組合使用。需要進一步研究驗證這些方案的安全性和可行性。

單一祕密Leader選舉

目前誰將提出下一個區塊是預先已知的,這會產生安全漏洞。解決方案是隱藏這一信息,至少在區塊生成之前。

單一祕密領導者選舉協議通過加密技術爲每個驗證者創建"盲"驗證者ID,然後隨機選擇一個盲ID。只有該盲ID的所有者才能提議有效區塊,但沒人知道它對應哪個驗證者。

這種方案的主要挑戰是如何在不過度增加協議復雜性的前提下實現。另一種選擇是使用協議外的緩解措施來解決DoS問題。

更快的交易確認

將交易確認時間從12秒減少到4秒將顯著改善用戶體驗。有兩種主要技術:

• 減少時隙時間,例如減少到8秒或4秒
• 允許提議者在時隙過程中發布預確認

減少時隙時間可能帶來驗證者集中化的風險。預確認方法可以改善平均情況,但不能改善最壞情況。還需要解決如何激勵預確認的問題。

其他研究領域

• 51%攻擊恢復:減少對社交層的依賴,使恢復過程盡可能自動化。

• 增加法定人數閾值:將最終確定所需支持從67%提高到80%,以增加安全性。

• 抗量子性:開發不依賴橢圓曲線的量子抗性替代方案。

這些改進方向都需要進一步研究和權衡,以確保以太坊權益證明機制的長期安全性和效率。